(57)【要約】【課題】小規模で簡単かつ低コストな構成と、簡単かつ効率的な測定作業でもって、超高粘度を安定かつ精密に測定することができる超高粘度測定装置を提供する。【解決手段】互いに平行な２つの面１１，１２を有するブロック状被測定試料１０の一方の面１１に、他方の面１２に対して平行かつ一定方向に一定の外力Ｇを与える外力印加手段と、上記被測定試料１０の一方の面１１の変位に従動する可動部材２１と、この可動部材２１に近接設置された容量電極３１と、この容量電極３１に現れる静電容量変化に基づいて試料１０の一方の面１１の変位量を測定する静電容量式変位計３０とを備え、この静電容量式変位計３０による測定に基づいて上記被測定試料１０の粘度を測定する。【選択図】  図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な２つの面を有するブロック状被測定試料の一方の面に、その他方の面に対して平行かつ一定方向に一定の外力を与える外力印加手段と、上記被測定試料の一方面の変位に従動する可動導体部と、この可動導体部に近接設置された容量電極と、この容量電極に現れる静電容量変化に基づいて上記可動導体部の移動量を測定する静電容量式変位計とを備え、この静電容量式変位計で測定された上記移動量から上記被測定試料の粘度を測定するようにしたことを特徴とする超高粘度測定装置。
【請求項２】
請求項１において、上記外力印加手段は、上記被測定試料の一方の面に固着させた可動部材を一定方向に一定力で牽引する装置であることを特徴とする超高粘度測定装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記可動導体部は、上記被測定試料の一方の面に固着させた可動部材の全体または一部に形成されていることを特徴とする超高粘度測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、上記可動導体部に近接設置された第１の容量電極と、上記被測定試料が固定される固定部材に、上記静電容量式変位計に対して上記可動導体部と同一距離となるような位置に設けられた固定導体部と、この固定導体部に近接設置された第２の容量電極と、第１と第２の容量電極にそれぞれ現れる静電容量の変化差分に基づいて上記可動導体部の固定導体部に対する移動量を測定する静電容量式変位計とを備え、この静電容量式変位計で測定された上記移動量から上記被測定試料の粘度を測定するようにしたことを特徴とする超高粘度測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、上記容量電極は２つの独立した容量電極からなり、上記静電容量式変位計は、上記２つの容量電極の間に生じる静電容量の変化を検出するように構成されていることを特徴とする超高粘度測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は超高粘度測定装置に関し、たとえば１０8Ｐａ・ｓ以上の粘度を有する超高粘度物質の粘度測定に利用して特に有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば１０8Ｐａ・ｓ以上の超高粘度を測定する装置としては、図４に示すような超高粘度測定装置が提供されている。同図に示す装置は、特許文献１に開示されたものであって、互いに平行な下面１２と上面１１を有する矩形ブロック状被測定試料１０を使用し、この試料１０の下面１２を固定面として台状の固定部材２２に固着・固定する一方、その上面１１を変位面として板状可動部材２１に固着・固定する。
【０００３】
可動部材２１は、ワイヤー２４、プーリ２５、および錘２６等で構成される外力印加手段により、試料１０の下面１２に対して平行かつ一定方向に一定の外力Ｇが印加されるようになっている。
【０００４】
試料１０を所定の測定温度環境下においた状態で、その試料１０の変位面に可動部材２１を介して所定の外力Ｇを印加すると、試料１０の上面（変位面）１１は、その外力Ｇと試料１０の粘度に応じて平行に変位する。
【０００５】
この変位は可動部材２１の移動距離として測定することができるが、その変位は非常に微小である。そこで、従来の技術では、その微小変位を光波干渉計５７によって精密測定するようにしている。
【０００６】
この光波干渉計５７による変位測定を行うため、固定部材２２と可動部材２１にそれぞれ回帰反射体２２１，２２２が取り付けられている。また、光波干渉計５７の入出力光軸Ｌ１をいったん２分岐Ｌ１１，Ｌ１２して再合流させるためのウォラストン偏光プリズム５８およびバイプリズム５９が設けられている。
【０００７】
粘度測定は、試料１０を真空イメージ炉６０内に入れた外気遮断状態で行う。これは、試料１０を所定の測定温度条件に加熱（あるいは冷却）したときに、温度変動による空気ゆらぎ（密度変化）の影響を受けて光干渉距離が変わるのを防ぐためである。
【０００８】
【特許文献１】特公平７−１０４２５１
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した装置では、外力Ｇによる試料１０の微小変位を光波干渉計５７で測定することにより超高粘度を測定するものであるが、この測定に際しては次のような問題が生じる。
【００１０】
（１）複雑かつ微妙な光路調整を行わねばならず、測定に高度の熟練を必要とする。
（２）光路の分岐と再合流を行わせる必要上、光路Ｌ１，Ｌ１２，Ｌ１２は必然的に長くなるが、光路Ｌ１，Ｌ１１、Ｌ１２が長い分、振動等の影響を受けやすく、超高粘度を安定かつ精密に測定することは困難であった。
（３）また、空気ゆらぎの影響を受けて干渉距離が変わりやすい。この空気ゆらぎ（密度変化）の影響を小さくするため、真空イメージ炉６０などによる真空環境が必要であった。しかし、真空環境の使用は、装置の大規模化によるコスト高と、測定作業の煩雑化および効率低下を招く。
【００１１】
本考案は、以上のような問題を鑑みてなされたもので、その目的は、小規模で簡単かつ低コストな構成と、簡単かつ効率的な測定作業でもって、超高粘度を安定かつ精密に測定することができる超高粘度測定装置を提供することにある。
本考案の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本考案は次のような解決手段を提供する。
（１）互いに平行な２つの面を有するブロック状被測定試料の一方の面に、その他方の面に対して平行かつ一定方向に一定の外力を与える外力印加手段と、上記被測定試料の一方面の変位に従動する可動導体部と、この可動導体部に近接設置された容量電極と、この容量電極に現れる静電容量変化に基づいて上記可動導体部の移動量を測定する静電容量式変位計とを備え、この静電容量式変位計で測定された上記移動量から上記被測定試料の粘度を測定するようにしたことを特徴とする超高粘度測定装置。
【００１３】
（２）上記手段（１）において、上記外力印加手段は、上記被測定試料の一方の面に固着させた可動部材を一定方向に一定力で牽引する装置であることを特徴とする超高粘度測定装置。
【００１４】
（３）上記手段（１）または（２）において、上記可動導体部は、上記被測定試料の一方の面に固着させた可動部材の全体または一部に形成されていることを特徴とする超高粘度測定装置。
【００１５】
（４）上記手段（１）〜（３）のいずれかにおいて、上記可動導体部に近接設置された第１の容量電極と、上記被測定試料が固定される固定部材に、上記静電容量式変位計に対して上記可動導体部と同一距離となるような位置に設けられた固定導体部と、この固定導体部に近接設置された第２の容量電極と、第１と第２の容量電極にそれぞれ現れる静電容量の変化差分に基づいて上記可動導体部の固定導体部に対する移動量を測定する静電容量式変位計とを備え、これらの静電容量式変位計で測定された上記移動量から上記被測定試料の粘度を測定するようにしたことを特徴とする超高粘度測定装置。
【００１６】
（５）上記手段（１）〜（４）のいずれかにおいて、上記容量電極は２つの独立した容量電極からなり、上記静電容量式変位計は、上記２つの容量電極の間に生じる静電容量の変化を検出するように構成されていることを特徴とする超高粘度測定装置。  
【考案の効果】
【００１７】
小規模で簡単かつ低コストな構成と、簡単かつ効率的な測定作業でもって、超高粘度を安定かつ精密に測定することができる超高粘度測定装置を提供できる。
上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本考案による超高粘度測定装置の一実施形態を示す概略側面図である。同図に示す装置は、下面１２と上面１１が互いに平行な平坦面に形成されたブロック状の被測定試料１０を使用して超高粘度の測定を行うものであって、加熱／冷却器１５、温度制御装置１６、固定部材２２、可動部材２１、ワイヤー２４、プーリ２５、錘２６等、静電容量式変位計３０等を備える。
【００１９】
同図に示すように、被測定試料１０は立体体に形成され、その下面１２が固定面として固定部材２２に固着・固定される一方、その上面１１が変位面として板状可動部材２１に固着・固定される。
加熱／冷却器１５は電熱ヒータあるいはペルチェ素子などを用いて構成され、被測定試料１０を所定の測定温度条件にまで加熱または冷却する。この加熱／冷却器１５は、マイクロコンピュータを用いた温度制御装置１６と共に使用される。
【００２０】
可動部材２１は、ワイヤー２４、プーリ２５、および錘２６等で構成される外力印加手段により、試料１０の下面１２に対して平行かつ一定方向に一定の力Ｇで牽引されるようになっている。これにともない、試料１０の上面１１には、下面１２に対して平行かつ一定方向に一定の外力Ｇが印加されるようになっている。
【００２１】
静電容量式変位計３０は位置調整可能なセンサ支軸３５を有し、この支軸３５の先端部に第１および第２のセンサヘッド３３，３４が設けられている。第１のセンサヘッド３３の先端面には第１の容量電極３１が、第２のセンサヘッド３４の先端面には第２の容量電極３２がそれぞれ取り付けられている。
【００２２】
容量電極３１，３２はそれぞれ、静電遮蔽された導線（シールド線）を介して静電容量式変位計３０に接続されている。
【００２３】
第１と第２の容量電極３１，３２はペアをなし、互いに同一条件で容量による変位測定を行うように構成および設置されている。第１の容量電極３１は、可動部材２１の端面に所定の間隙距離ｄを置いて対面するよう、あらかじめ位置させられる。同様に、第２の容量電極３２は、固定部材２２の端面に上記間隙距離ｄを置いて対面するよう、あらかじめ位置させられる。
【００２４】
可動部材２１および固定部材２２はそれぞれ、少なくとも上記容量電極３１，３２に対面する部分またはその全体が導体部となっている。この導体部に容量電極３１，３２が近接設置されることにより、その容量電極３１と導体部の間に静電容量が形成されるようになっている。
【００２５】
また、可動部材２１と固定部材２２は、容量電極３１，３２に対面する面がそれぞれ、静電容量式変位計３０に対して互いに同一距離Ｌｓとなるような位置に設けられている。
【００２６】
静電容量式変位計３０は、第１の容量電極３１と可動部材（可動導体部）２１の間隙距離ｄの変化量と、第２の容量電極３２と固定部材（固定導体部）２２の間隙距離ｄの変化量をそれぞれ、静電容量変化量として検出する。
【００２７】
この場合、第２の容量電極３２と固定部材２２の間隙距離ｄは不変のはずであるが、実際は、温度による測定ベンチの熱膨張等によってわずかに変動する。この変動は可動部材２１の変位測定結果に大きく影響する。
【００２８】
しかし、この変動は、第１の容量電極３１と可動部材２１の間隙距離ｄにも同じように生じる。したがって、第１の容量電極３１と可動部材２１の間隙距離ｄの変化量から、第２の容量電極３２と固定部材２２の間隙距離ｄの変化量を減算補正することにより、上記変動が可動部材２１の変位測定結果に与える影響を相殺させることができる。
【００２９】
このため、静電容量式変位計３０は、第１の容量電極３１と第２の容量電極３２にそれぞれ現れる２つの静電容量の差分に基づいて、可動部材２１の位置変位量だけを抽出して測定するように構成されている。
【００３０】
このようにして測定された変位量に基づいて、被測定試料の粘度を、温度変化等の外乱要因に影響されることなく、正確に測定することができる。可動部材２１の位置変位量は、要すれば、粘度の単位に換算処理されて表示器等へ出力される。
【００３１】
容量電極３１と可動部材２１間の静電容量は、両者間の間隙距離の二乗にほぼ反比例する。容量電極３２と固定部材２２間の静電容量も同様である。したがって、両者間の間隙距離ｄをあらかじめ十分に短くプリセットしておけば、試料１０の上面（変位面）１１の微小変位を高感度かつ高精度に検出・測定することができる。
【００３２】
超高粘度の試料１０では、その上面（変位面）１１に一定の外力Ｇを一定方向にかけたときに生じる変位量はきわめてわずかであるが、この微小な変位量は静電容量の変化量として高精度に測定される。この測定に基づいて、超高粘度を正確に測定することができる。
【００３３】
また、ここで示す実施形態の超高粘度測定装置では、加熱／冷却器１５による試料１０の加熱または冷却が、外気遮断された真空環境ではなく、外気に対する開放環境で行われるようになっている。
【００３４】
このため、所定の測定温度条件を設定するために被測定試料１０の加熱あるいは冷却を行った場合、空気ゆらぎ（密度変化）による影響が考えられる。しかし、互いに近接設置された２つの電極間に生じる静電容量は、両電極間の間隙距離には大きく依存するが、両電極間に存在する空気ゆらぎ（密度変化）に対しては鈍感である。
【００３５】
空気あるいは気体の比誘電率は真空中の１に近く、仮に、電極間の空気密度が大きく変化したとしても、これによる比誘電率の変化は小さく、ほぼ１に近い状態にある。少なくとも電極間の間隙距離をあらかじめ十分に短く近接させておけば、その間隙距離による容量変化分対して、ほとんど無視できるほど小さい。つまり、空気ゆらぎ（密度変化）による影響は実質的に無いと考えてよい。
【００３６】
したがって、前述した従来の装置に対し、本考案の装置は次のような利点が得られる。
（１）複雑な光路の調整が不要であり、測定に高度の熟練を必要としない。
（２）振動等の影響を受けやすい長距離光路がない。
（３）温度変動による空気ゆらぎの影響が小さいので真空環境が不要になる。
【００３７】
これにより、小規模で簡単かつ低コストな構成と、簡単かつ効率的な測定作業でもって、超高粘度を安定かつ精密に測定することができる。
【００３８】
図２は、上記静電容量式変位計３０のセンサ部をなす容量電極３１の好ましい実施形態を示す。同図に実施形態では、上記容量電極３１が２つの独立した容量電極３１１，３１２からなっている。各容量電極３１１，３１２はそれぞれ、静電遮蔽された導線（シールド線）３１３，３１４を介して静電容量式変位計３０に接続されている。
【００３９】
２つの容量電極３１１，３１２にはそれぞれ、電極３１１，３１２と可動導体部（２２）の間隙距離ｄの二乗にほぼ反比例して変化する容量Ｃ１１，Ｃ１２が現れる。そして、この２つの容量電極３１１，３１２の間には、その容量Ｃ１１，Ｃ１２の直列合成容量Ｃｘが現れる。
【００４０】
この直列合成容量Ｃｘの変化量を検出することにより、浮動容量の影響を確実に排除して、電極３１１，３１２と可動導体部（２２）間の変位量を一層安定かつ高精度に測定することができる。
【００４１】
図示を省略するが、第２の容量電極３２も、上記容量電極３１と同一に構成されている。
【００４２】
図３は、上記静電容量式変位計３０の構成例を示す。同図に示すように、本考案での使用に適した静電容量式変位計３０は、スイッチド・キャパシタ方式の容量負帰還回路による第１および第２の容量−電圧変換回路４１，４２、この容量−電圧変換回路４１，４２の出力を周期的に更新しながら保持するサンプル・ホールド回路４３，４４、アナログ減算回路４５、ＡＤ変換器４６、データ処理ユニット４７、および表示器４８などを用いて構成することができる。
【００４３】
第１の容量−電圧変換回路４１は、上記第１の容量電極３１に現れる静電容量Ｃｘを電圧に変換する。同様に、第２の容量−電圧変換回路４２は、上記第２の容量電極３２に現れる静電容量Ｃｒを電圧に変換する。
【００４４】
両変換出力電圧はそれぞれ、サンプル・ホールド回路４３，４４でいったん保持された後、減算回路４５で差分を取られる（減算処理）。これにより、静電容量式変位計３０と被測定試料１０間の距離変動等が相殺される。
【００４５】
減算回路４５の差分出力はＡＤ変換器４６でデジタルデータ化され、データ処理回路４７にて粘度に換算処理される。この処理結果は、外部へ送信出力されるとともに、表示器４８に数値表示される。
【００４６】
上記静電容量式変位計３０は、たとえば、米国ＭＴＩ社製の静電容量式変位計（型番：ＡＳ−９０００−２）などの既製品をそののまま用いてもよい。
【００４７】
以上、本考案をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本考案は上述した以外にも種々の態様が可能である。たとえば、容量電極３１は、上述した２極式以外のもの、たとえば単極式あるいは３極以上のものであってもよい。また、静電容量式変位計３０はアナログ出力形式であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
小規模で簡単かつ低コストな構成と、簡単かつ効率的な測定作業でもって、超高粘度を安定かつ精密に測定することができる超高粘度測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本考案による超高粘度測定装置の一実施形態を示す省略側面図である。
【図２】静電容量式変位計のセンサ部をなす容量電極の好ましい実施形態を示す省略断面図と等価回路図である。
【図３】静電容量式変位計の高精励を示す回路図である。
【図４】従来の超高粘度測定装置の構成を示す省略側面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  被測定試料、
１１  上面（変位面）、
１２  下面（固定面）、
２１  可動部材（可動導電部）、
２２  固定部材（固定導電部）、
２４  ワイヤー、
２５  プーリ、
２６  錘、
３０  静電容量計、
３１，３２  容量電極、
３１１，３１２  容量電極、
３３，３４  センサヘッド、
３５  センサ支軸、
Ｇ  外力、
ｄ  間隙距離、
Ｃ１１，Ｃ１２  容量、
Ｃｒ  参照容量、
Ｃｘ  合成容量、
４１，４２  容量−電圧変換回路、
４３，４４  サンプル・ホールド回路、
４５  アナログ減算回路、
４６  ＡＤ変換器、
４７  データ処理ユニット、
４８  表示器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003121587.tif 000006